Effect of Technical Quality of Thermomechanical Die Forging of AA2099 Alloy

• Autorzy: Łukaszek-Sołek A.

Identyfikatory

DOI

10.2478/amm-2014-0167

Warianty tytułu

PL

Efekt jakości technicznej termoplastycznego kucia matrycowego stopu AA2099

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents the results of investigations of a multicomponent third-generation aluminium alloy, classified as AA2099. The actual forging conditions were determined basing on the assessment of the quality of side surface of specimens subjected to compression in Gleeble 3800 simulator and on flow curves of the alloy, as well as numerical modelling of forging process performed with application of QForm 3D v.7 software. Compression tests were realized at temperatures 400-500°C, with a strain rate of 0.001-100 s^-1 , up to a specified constant true strain value of 0.9. Microstructure examination in as-delivered state was performed with application of Leica DM 4000M optical microscope. The obtained results of isothermal deformation of specimens were correlated with the analysis of a characteristic layered pancake-type microstructure. The simulation of die forging of a complex-shape forging (high-current contact tip used in power engineering) at the temperature 500°C, was performed. The shape of a forging makes it possible to fully analyse the influence of thermomechanical process conditions on technical quality of a product. The simulation of forging process showed full correctness of material flow, with no signs of instability. At the same time, the analysis of investigations allowed to prepare and realize the industrial forging trials for a forging of a very complex shape, in a single step, at the temperature 500°C, with application of thermomechanical treatment. The forging attained high quality of shape and surface. Directional specimens were taken, in order to be subjected to microstructure examination and hardness testing. The data obtained from industrial tests, combined with the results of testing using Gleeble simulator as well as from numerical modelling, make up the guidelines for mechanical processing of AA2099 alloy at the temperatures 470-500°C.

PL

W pracy analizowano wyniki badań wykonanych na wieloskładnikowym, trzeciej generacji stopie aluminium, klasyfikowanym jako AA2099. na podstawie oceny stanu powierzchni pobocznicy próbek ściskanych w symulatorze odkształceń rzeczywistych Gleeble 3800 i krzywych płynięcia stopu, modelowania numerycznego procesu kucia w programie QForm 3D v. 7 ustalono warunki przemysłowej próby kucia stopu. Badania ściskania przeprowadzono w temperaturze 400-500°C z szybkością odkształcania 0.001 – 100 s^-1 do stałej wartości odkształcenia rzeczywistego 0.9. Wykonano badania mikrostruktury w stanie dostawy na mikroskopie świetlnym Leica DM 4000M. Uzyskane wyniki odkształcenia izotermicznego próbek skorelowano z badaniami charakterystycznej warstwowej mikrostruktury typu „naleśnik”. Dokonano symulacji procesu kucia matrycowego odkuwki o bardzo złozonym kształcie (nakładka wysokoprądowa dla energetyki) w temperaturze 500°C. Kształt odkuwki umożliwia pełną ocenę wpływu warunków termomechanicznych procesu na jakość techniczną wyrobu. Symulacja procesu kucia wykazała pełną poprawność płynięcia stopu bez żadnych efektów niestabilności. Jednocześnie analiza badań pozwoliła na opracowanie i przeprowadzenie prób kucia przemysłowego odkuwki o bardzo złożonym kształcie w jednym wykroju w temperaturze 500°C z zastosowaniem obróbki cieplnoplastycznej. Odkuwka uzyskała wysoką jakość kształtu i powierzchni. Pobrano próbki kierunkowe do badań mikrostruktury i twardości. Uzyskane dane z prób przemysłowych w połączeniu z wynikami uzyskanymi z symulatora Gleeble i modelowania numerycznego stanowią wytyczne do kształtowania plastycznego stopu AA 2099 w zakresie 470 – 500°C.

Słowa kluczowe

EN

hot forging; thermomechanical treatment; microstructure; simulation

PL

kucie na gorąco; obróbka termomechaniczna; mikrostruktura; symulacja

• Wydawca: Institute of Metallurgy and Materials Science of Polish Academy of Sciences ; Committee of Materials Engineering and Metallurgy of Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Metallurgy and Materials
• Rocznik: 2014
• Tom: Vol. 59, iss. 3
• Strony: 997--1003
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Łukaszek-Sołek A.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Metals Engineering and Industrial Computer Science, Al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, Poland

Bibliografia

• [1] Technical information from Alcoa Inc. June 2007, Alcoa Salles Office.
• [2] S. Dymek, Nowoczesne stopy aluminium do przeróbki plastycznej, Kraków 2012.
• [3] C. Giummarra, B. Thomas, R. J. Rioja, New aluminium lithium alloy for aerospace applications, Proceedings of the Light Metals Technology Conference, 2007.
• [4] A. Łukaszek-Sołek, T. Tokarski, M. Wojtaszek, K. Płońska-Niżnik, The technology of industrial forging of the advanced aluminium alloy, poster (silver medal), Brussels Innova, the International Exhibition of Innovation, Entrepreneurship and New Technologies, Bruksela, 14-16 listopada 2013.
• [5] Y. Lin, Z. Zheng, S. Li, X. Kg, Y. Han, Microstructures and proporties of 2099 Al-Li alloy, Materials Characterization 84, 88-99 (2013).
• [6] Y. Ma, X. Zhou, G. E. Thompson, T. Hashimito, Distribution of intermetallics in an AA2099-T8 aluminium alloy extrusion, Materials Chemistry Physics 126, 46-53 (2011).
• [7] Y. Lin, Z. Zheng, S. Li, Effect of solution treatment on microstructures and mechanical proporties of 2099 Al-Li alloy, Archives of Civil and Mechanical Engineering 14, 61-71 (2014).
• [8] T. L. Giles, K. Oh-Ishi, A. P. Zhilyaev, S. Swaminathan, M. W. Mahoney, T. R. McNelley, The Effect of Friction Stir Processing on the Microstructure and Mechanical Properties of an Aluminum Lithium Alloy, Metallurgical and Materials Transactions, Part A 40, 1, 104 (2009).
• [9] W. Liang, Q. Pan, Y. He, Y. Li, X. Zhang, Flow stress behavior of Al-Cu-Li-Zr alloy containing Sc during hot compression deformation, Journal of Central South University of Technology 15, 3, 289-294, June 2008.
• [10] H. Zhang, N. Jin, J. Chen, Hot deformation behavior of Al-Zn-Mg-Cu-Zr aluminum alloys during compression at elevated temperature, Transactions of Nonferrous Metals Society of China 21, 437-442 (2011).
• [11] D. Szeliga, J. Gawąd, M. Pietrzyk, Inverse analysis for identification of rheological and friction models in metal forming, J. Comp. Meth. Appl. Mech. Engrg. 195, 6778-6798 (2006).
• [12] W. Szkliniarz, Stopy na osnowie faz międzymetalicznychz układu Ti-Al, Wyd. Politechniki Śląskiej, Gliwice 2007.
• [13] G. Avramovic-Cingara, D. D. Perovic, H. J. McQueen, Hot deformation mechanisms of a solution-treated Al-Li-Cu-Mg-Zr alloy, Metallurgical and Materials Transactions A 27, 11, 3478-3490, November 1996.
• [14] D. Kuc, E. Hadasik, I. Schindler, P. Kawulok, R. Śliwa, Characteristics of plasticity and microstructure of hot forming magnesium alloys Mg-Al-Zn type, Archives of Metallurgy and Materials 58, 1, 151-156 (2013).
• [15] A. Gontarz, Z. Pater, K. Drozdowski, Forging on hammer of rim forging from titanium alloy Ti6Al4V, Archives of Metallurgy and Materials 57, 4, 1239-1246 (2012).
• [16] A. Świątoniowski, J. Sińczak, A. Łukaszek-Sołek, J. Schmidt, Analysis of forging process of the NiCrN superalloy for motor boat driving shaft, Archives of Metallurgy and Materials 57, 3, 719-725 (2012).